CN110491860A - 一种满足Ka波段TR组件封装陶瓷外壳及无损镀覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可以满足Ka波段应用的TR组件一体化陶瓷外壳。所述外壳在陶瓷基板上增加加强筋缓解高温焊接过渡接头的应变梯度，实现了大尺寸陶瓷基板与金属零件的高温钎焊；利用“CPW‑SL‑CPW”的同层过渡端口布线设计，实现了组件信号与外部电路在Ka波段的射频传输；陶瓷基板采用特殊的镀覆工艺边，实现了多芯片组件中孤立焊盘的镀镍镀金。该一体化陶瓷外壳可替换传统TR组件的“LTCC”封装方案，大幅降低封装成本。
Description
技术领域
本发明是一种满足Ka波段TR组件封装陶瓷外壳及无损镀覆方法，属于HTCC多层陶瓷技术领域。
背景技术
固态有源相控阵雷达是现代雷达技术发展的主流方向，而T/R组件作为固态有源相控阵雷达的核心部件，其体积、重量等结构指标对其在相控阵雷达的应用有重要的影响，尤其是在机载、星载雷达中应用的T/R组件，其体积、重量更是直接受到装备载荷能力的制约。目前国内普遍采用低温共烧陶瓷（LTCC）技术来制作高密度T/R组件一体化基板，并将其放置在金属外壳中以起到机械防护、电磁屏蔽和气密封装的作用。随着T/R组件不断向集成化、轻量化、尤其是低成本的进一步发展，这种传统的封装形式越来越显示出局限性。
发明内容
本发明提出的是一种满足Ka波段TR组件封装的陶瓷外壳及其无损镀覆方法，其目的旨在克服现在HTCC一体化陶瓷外壳在加工过程中的高温焊接可靠性差、平面传输接口在高频传输过程中易引入的寄生模式等问题，填补国内Ka波段大尺寸TR组件封装陶瓷外壳的空缺。
本发明的技术解决方案：一种满足Ka波段TR组件封装的陶瓷外壳，其结构包括底座和盖板，所述底座包括封接框、陶瓷基板、热沉和引线，分别通过钎焊方式装配连接，陶瓷基板两侧设有加强筋结构，所述加强筋结构通过叠层有机胶与陶瓷基板的层间结合；陶瓷基板端口采用CPW-SL-CPW同层过渡端口布线结构。
所述CPW-SL-CPW同层过渡端口布线结构，其详细尺寸描述如下，其中圆孔为接地
通孔。
| 参数 | W1 | G1 | W2 | G2 | d | h1 | h2 |
| 典型值（mm） | 0.45 | 0.25 | 0.10 | 0.15 | 0.35 | 0.50 | 0.30 |
| 公差（mm） | ±0.10 | ±0.10 | ±0.03 | ±0.06 | ±0.10 | ±0.10 | ±0.06 |
其中，W1是中心导带线宽；G1是中心导带距地间距；W2是带状线线宽；G2是带状线距地间距；d是带状线两侧地孔到带状线中心的距离；h1是中心导带和带状线到下方地平面的距离；h2是中心导带和带状线到上方地平面的距离。
所述加强筋结构描述如图4所示，其详细尺寸应满足下列要求。
| 参数 | X1 | Y1 | H1 |
| 典型值（mm） | 10%X≤X1≤30%X | 10%X≤Y1≤30%X | 5%H≤H1≤10%H |
| 最小（mm） | 1.00 | 1.00 | 0.50。 |
其中X1是长，Y1是宽，H1是高。
所述钎焊采用银铜焊料为钎料。
所述盖板和底座之间采用平行缝焊方式。
其无损镀覆方法，其特征是包括如下步骤：
1）在陶瓷基板非布线区域设有辅助工艺边结构，并利用布线将孤立焊盘连接至该区域；
2）将附带有辅助工艺边结构的陶瓷基板进行高温烧结并和其他金属零件进行高温焊接；
3）利用电镀夹具与辅助工艺边接触实现无损镀覆；
4）利用台钳将辅助工艺边去除。
所述辅助工艺边。陶瓷基板轮廓与工艺边边沿的距离分别用X和Y表示，其详细尺
寸应满足下列要求。
| 参数 | X | Y |
| 最小值（mm） | 3.00 | 3.00。 |
本发明的有益效果：
1）采用加强筋的隔墙设计，将陶瓷基板与金属零件的焊接上限尺寸提高至50mm-70mm范围，进一步提高了HTCC陶瓷在TR组件封装中的应用范围。
2）采用“CPW-SL-CPW”的端口设计，提高了HTCC陶瓷在TR组件封装中的射频应用上限。采用电镀方式形成的金属焊盘，其提供了有效可靠的外部电路、环形器等元件的互联。与“LTCC”基板的金浆料共烧焊盘相比，本发明采用镀覆方式的金层，在可焊性及可靠性方面具有优势。
3）采用“免焊点”的无损镀覆加工方式，可以给微组装预留更多的焊盘空间，降低了组件封测阶段的难度。
附图说明
附图1是陶瓷外壳结构示意图。
附图2是陶瓷加强筋结构示意图。
附图3是CPW-SL-CPW”结构尺寸参数示意图。
附图4是辅助工艺边结构示意图。
附图5是封装输入端口插损结果示意图。
附图6是封装输入端口驻波结果示意图。
图中1是封接框；2是陶瓷基板；3是热沉；4是加强筋；W1是中心导带线宽；G1是中心导带距地间距；W2是带状线线宽；G2是带状线距地间距；d是带状线两侧地孔到带状线中心的距离；h1是中心导带和带状线到下方地平面的距离；h2是中心导带和带状线到上方地平面的距离；X1是加强筋长，Y1是加强筋宽，H1是加强筋高。
具体实施方式
一种可以满足Ka波段应用的大尺寸TR组件一体化陶瓷外壳及其制造方法。其特征在于：该外壳利用特殊结构和制造方法的加强筋缓解高温焊接过渡接头的应变梯度，实现了大尺寸陶瓷基板与金属零件的高温钎焊；利用“CPW-SL-CPW”的同层过渡端口布线设计，实现了组件信号与外部电路在Ka波段的射频传输；利用“免焊点”的无损镀覆加工方式，实现了多芯片组件中孤立焊盘的镀镍镀金。
下面结合附图对本发明技术方案进一步说明
如附图1所示，陶瓷外壳包括底座和盖板。其中，底座包括封接框、陶瓷绝缘子、热沉共3个部分。陶瓷采用HTCC技术加工；采用钎焊方式将各部分装配在一起，钎料为银铜焊料（AgCu28）；采用平行缝焊方式可将盖板和底座实现气密等级要求。
如附图2所示，陶瓷基板两侧设有加强筋结构，加强筋需要采用叠层有机胶实现与陶瓷基板的层间结合，不采用物理等静压方式。
如附图3所示，CPW-SL-CPW结构尺寸参数示意图，通过调整图示7组参数的数值，使传输端口满足目标频段的阻抗匹配，扼制高次模的产生。仿真计算所使用的陶瓷参数如表1所示。
表1 陶瓷基板材料参数
如附图4所示，附带电镀辅助工艺边的陶瓷联排结构。利用该工艺边可保证孤立焊盘的“无焊点”残留的镀覆要求。其主要加工方式：1）在陶瓷基板非布线区域设计辅助工艺边结构，如附图4所示，并利用布线将孤立焊盘连接至该区域；2）将附带工艺边结构陶瓷基板进行高温烧结并和其他金属零件进行高温焊接；3）利用电镀夹具与辅助工艺边接触实现镀覆；4）利用台钳将辅助工艺边去除。
如附图5、6所示，Ka波段TR组件一体化陶瓷外壳传输通道的仿真结果，在0GHz-40GHz的频段内，插入损耗小于0.65dB，电压驻波比小于1.25。
Claims (7)
1.一种满足Ka波段TR组件封装陶瓷外壳，其特征是其结构包括底座和盖板，所述底座包括封接框（1）、陶瓷基板（2）和热沉（3），分别通过钎焊方式装配连接，陶瓷基板两侧设有加强筋结构（4），所述加强筋结构通过叠层有机胶与陶瓷基板的层间结合；陶瓷基板端口采用CPW-SL-CPW同层过渡端口布线结构。
2.根据权利要求1所述的一种满足Ka波段TR组件封装陶瓷外壳，其特征是所述CPW-SL-CPW同层过渡端口布线结构，其详细尺寸如下所示：
其中，W1是中心导带线宽；G1是中心导带距地间距；W2是带状线线宽；G2是带状线距地间距；d是带状线两侧地孔到带状线中心的距离；h1是中心导带和带状线到下方地平面的距离；h2是中心导带和带状线到上方地平面的距离。
3.根据权利要求1所述的一种满足Ka波段TR组件封装陶瓷外壳，其特征是所述加强筋结构详细尺寸如下所示：
其中X1是长，Y1是宽，H1是高。
4.根据权利要求1所述的一种满足Ka波段TR组件封装陶瓷外壳，其特征是所述钎焊采用银铜焊料为钎料。
5.根据权利要求1所述的一种满足Ka波段TR组件封装陶瓷外壳，其特征是所述盖板和底座之间采用平行缝焊方式。
6.如权利要求1所述的一种满足Ka波段TR组件封装陶瓷外壳的无损镀覆方法，其特征是包括如下步骤：
1）在陶瓷基板非布线区域设有辅助工艺边结构，并利用布线将孤立焊盘连接至该区域；
2）将附带有辅助工艺边结构的陶瓷基板进行高温烧结并和其他金属零件进行高温焊接；
3）利用电镀夹具与辅助工艺边接触实现无损镀覆；
4）利用台钳将辅助工艺边去除。
7.根据权利要求6所述的一种满足Ka波段TR组件封装的陶瓷外壳的无损镀覆方法，其特征是所述辅助工艺边，其详细尺寸如下所示：
其中，X、Y分别为陶瓷基板轮廓与工艺边边沿的距离。
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